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 Abitato già dall'Alto Medioevo, il colle fu sede di un castello, Il Castello di Monsummano Terme che viene citato per la prima volta in un documento ufficiale del 1005, quando esso era sotto la giurisdizione dell'Abbazia di Sant'Antimo, venne quindi ceduto agli Aldobrandeschi, per poi passare, nel 1218, alla città di Lucca che lo fortificò ulteriormente.
Nel 1328 Monsummano entrò a far parte della Lega della Valdinievole che aveva come scopo quello di contrastare l'espansione territoriale della città di Firenze; cosa che non ebbe molto successo visto che riuscì comunque a conquistare il borgo.
Nel corso del XIV secolo per Monsummano ebbe inizio una fase di declino dovuta al diffondersi delle paludi. Nel 1605, in seguito al miracoloso scaturire di una fonte d'acqua presso un tabernacolo dove si trovava un'immagine della Vergine, venne costruito, per volere del Granduca Ferdinando I de' Medici, un Santuario detto di Fontenuova e attorno a esso si radunò la comunità di Monsummano Terme.
Agli inizi del Settecento Monsummano passò per eredità a Pietro Leopoldo di Lorena. La dominazione lorenese venne interrotta all'inizio dell'Ottocento dall'invasione dell'esercito francese, che rimase stanziato nel territorio fino al 1814. Dal 1815 Monsummano fece parte del Granducato di Toscana fino a metà del XIX secolo.
 Alla metà dell'Ottocento vennero scoperte le grotte termali di Monsummano.
In quel periodo vennero effettuati i primi studi sulla qualità dell'acqua che sgorgava dalle sorgenti di Monsummano che da allora vennero costituite in veri e propri stabilimenti termali. Nel 1861 Monsummano Terme venne annessa al Regno d'Italia ad opera del Re Vittorio Emanuele II di Savoia.
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Tra i monumenti più importanti ricordiamo la Chiesa di San Nicolao fondata nel XIII secolo; il Santuario della Madonna di Fontenuova; la Chiesa di Cristo Redentore; il Museo di Arte Contemporanea e del Novecento ospitato nella Villa Martini dal 1999; la Casa Giusti (la città ha infatti dato i natali al celebre scrittore Giuseppe Giusti).
